一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，包括切割裝置和夾持機構(gòu)，切割裝置包括切割片、氣動馬達、機械臂和電機，夾持機構(gòu)包括夾持器主體、夾持片、導向桿、支撐片支架、夾持器托盤、支撐片和導向塊。在單晶生長失敗后，使用切割片對晶體細頸進行切割截斷，并將截斷的錐頭進行收集，取消了拆爐、裝爐的過程，實現(xiàn)不拆爐、重新拉晶。對夾持機構(gòu)進行改進，使導向桿能夠滿行程升降而夾持片不會滑落，并保證夾持片角度固定不變。切割裝置在停止使用時能隱藏在爐壁中，有效地避免熱輻射對裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。利用半圓環(huán)狀板作為對切割后錐頭的收集，以防止其掉落影響下軸的傳動，也達到了保護作用，并可對錐頭二次利用。
【專利說明】—種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及半導體材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的區(qū)熔爐拉晶生產(chǎn)工藝中，如果拉晶過程中產(chǎn)生位錯，則會導致晶體生長失敗(稱為斷棱和斷苞)，此時需要操作人員進行拆爐，將產(chǎn)生位錯的錐頭取出，并對區(qū)熔爐進行清爐后才能再次進行單晶拉制。每次操作需要經(jīng)過拆爐——錐頭取出——裝爐——拉晶。這樣的生產(chǎn)工藝浪費了大量工時，且每次拆爐后需要將爐體內(nèi)的保護氣體氬氣排出，然后裝爐、拉制單晶時，要重新向爐體內(nèi)充滿保護氣體氬氣，造成氬氣的嚴重浪費。例如在實際生產(chǎn)時，如果平均每臺設(shè)備每天斷棱斷包4次，每次拆裝爐需花費時間30min，則此種情況導致的每月每臺設(shè)備拆裝爐時間大約為3600min (占總工時的8.33%)，多消耗保護氣體氬氣7100L，造成了生產(chǎn)工時及成本的嚴重浪費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的問題是在不影響成晶的前提下，對區(qū)熔爐爐體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造，增加機械臂、切割片等裝置，達到不拆爐就能將錐頭取走、繼續(xù)拉晶，節(jié)省工時、降低成本的目的。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是:一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，包括區(qū)熔爐本體、切割裝置和夾持機構(gòu)，所述區(qū)熔爐本體包括爐壁和內(nèi)部腔體，所述切割裝置和夾持機構(gòu)均位于所述內(nèi)部腔體中，
[0005]所述切割裝置包括切割片、氣動馬達、機械臂和電機，所述氣動馬達與所述切割片連接，帶動切割片旋轉(zhuǎn)，所述氣動馬達與機械臂的一端連接，所述電機與所述機械臂的另一端連接，帶動所述機械臂沿電機軸向前后移動，所述電機位于爐壁上，所述夾持機構(gòu)包括夾持器主體、夾持器托盤、夾持片、導向桿、支撐片支架、支撐片和導向塊，所述夾持片、導向桿、支撐片支架、支撐片和導向塊為若干個，
[0006]所述夾持器托盤的頂面設(shè)有所述夾持器主體和若干支撐片支架，所述若干支撐片支架位于所述夾持器主體外圍，
[0007]所述夾持器主體上端側(cè)面設(shè)有一圈環(huán)狀突起，所述環(huán)狀突起上設(shè)有若干穿透孔，所述支撐片的一端穿透所述支撐片支架的頂端，且所述支撐片與所述支撐片支架的頂端活動連接，所述支撐片的另一端設(shè)有凸起，所述凸起伸入所述導向桿的頭部下端，支撐所述導向桿，所述導向桿的頭部側(cè)壁設(shè)有凹槽，所述導向塊與所述支撐片設(shè)有凸起的一端相連，所述導向塊與所述凹槽配合，且所述導向塊可在所述凹槽內(nèi)滑動，所述導向桿的尾部從下向上穿透所述環(huán)狀突起上的穿透孔，并與所述夾持片連接。
[0008]進一步，所述爐壁上還設(shè)有法蘭，所述內(nèi)部腔體中設(shè)有下軸，所述電機與所述法蘭連接，所述夾持器托盤的底面與所述下軸相連，并隨其同步運動，所述支撐片穿透所述支撐片支架的一端與鋼絲的一端相連，所述鋼絲的另一端連接至位于所述內(nèi)部腔體底部且與所述下軸同步轉(zhuǎn)動的托盤上。
[0009]進一步，還包括兩塊半圓形狀板，所述半圓形狀板拼接組成環(huán)形盤，將下軸和鋼絲圈在中間，所述環(huán)形盤位于所述內(nèi)部腔體中，且位于所述夾持機構(gòu)下方。
[0010]進一步,所述氣動馬達為活塞式氣動馬達。
[0011]進一步，所述法蘭徑深大于所述爐壁厚度。
[0012]進一步，所述法蘭上方還設(shè)有觀察窗。
[0013]進一步，所述電機為步進電機。
[0014]本發(fā)明創(chuàng)造具有的優(yōu)點和積極效果是:一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，在單晶生長失敗后，使用切割片對晶體的細頸進行切割截斷，并將截斷的錐頭進行收集，將原有的“拆爐——錐頭取出——裝爐——拉晶”的流程簡化為“切割錐頭——重新拉晶”，取消了拆爐、裝爐的過程，實現(xiàn)不拆爐、重新拉晶。另一方面，對夾持機構(gòu)進行有效改進，使支撐片能夠滿行程升降而夾持片不會滑落，同時能夠保證夾持片角度在升降時固定不變。除此之外，切割裝置在停止使用狀態(tài)下能隱藏在區(qū)熔爐爐壁中，可有效地避免熱輻射對裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。下爐室相應(yīng)位置安裝了兩塊互相拼接的半圓環(huán)狀板，作為對切割后錐頭的收集，以防止其掉落影響下軸的傳動，也達到了保護作用。在拉晶結(jié)束后將板取出，可以收集里面被切割的錐頭，并被二次利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明創(chuàng)造立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是切割狀態(tài)示意圖；
[0017]圖3是導向塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:
[0019]1、切割片 2、氣動馬達 3、機械臂
[0020]4、電機 5、夾持器主體6、夾持片
[0021]7、導向桿 8、支撐片支架9、夾持器托盤
[0022]10、支撐片11、導向塊 12、鋼絲
[0023]13、法蘭 14、下軸15、半圓形狀板
[0024]16、螺桿 17、單晶

【具體實施方式】
[0025]如圖1-3所示，一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，包括區(qū)熔爐本體、切割裝置和夾持機構(gòu)，所述區(qū)熔爐本體包括爐壁和內(nèi)部腔體，所述切割裝置和夾持機構(gòu)均位于所述內(nèi)部腔體中，切割裝置固定在爐體內(nèi)部腔體中，位置位于設(shè)備下爐室部分(拉晶時夾持機構(gòu)位于中爐室)。當需要對錐頭進行切割時，需要將下軸14垂直向下移動來匹配切割裝置的位置。因此在切割時，切割裝置位于夾持機構(gòu)上方。
[0026]所述切割裝置包括切割片1、氣動馬達2、機械臂3和電機4，所述氣動馬達2與所述切割片I連接，帶動切割片I旋轉(zhuǎn)，所述氣動馬達2與機械臂3的一端連接,所述電機4與所述機械臂3的另一端連接，帶動所述機械臂3沿電機4軸向前后移動，所述電機4位于爐壁上，所述夾持機構(gòu)包括夾持器主體5、夾持器托盤9、夾持片6、導向桿7、支撐片支架8、支撐片10和導向塊11，所述夾持片6、導向桿7、支撐片支架8、支撐片10和導向塊11為若干個，所述夾持器托盤9的頂面設(shè)有所述夾持器主體5和若干支撐片支架8，所述若干支撐片支架8位于所述夾持器主體5外圍，所述夾持器主體5上端側(cè)面設(shè)有一圈環(huán)狀突起，所述環(huán)狀突起上設(shè)有若干穿透孔，所述支撐片10的一端穿透所述支撐片支架8的頂端，且所述支撐片10與所述支撐片支架8的頂端活動連接，所述支撐片10的另一端設(shè)有凸起，所述凸起伸入所述導向桿7的頭部下端，支撐所述導向桿7，所述導向桿7的頭部側(cè)壁設(shè)有凹槽，所述導向塊11與所述支撐片10設(shè)有凸起的一端相連，所述導向塊11與所述凹槽配合，且所述導向塊11可在所述凹槽內(nèi)滑動，所述導向桿7的尾部從下向上穿透所述環(huán)狀突起上的穿透孔，并與所述夾持片6連接。
[0027]所述爐壁上還設(shè)有法蘭13，所述內(nèi)部腔體中設(shè)有下軸14，所述電機4與所述法蘭13連接，所述夾持器托盤9的底面與所述下軸14相連，并隨其同步運動，所述支撐片10穿透所述支撐片支架8的一端與鋼絲12的一端相連，所述鋼絲12的另一端連接至位于所述內(nèi)部腔體底部且與所述下軸14同步轉(zhuǎn)動的托盤上。
[0028]還包括兩塊半圓形狀板15，所述半圓形狀板15拼接組成環(huán)形盤，將下軸14和鋼絲12圈在中間，所述環(huán)形盤位于所述內(nèi)部腔體中，且位于所述夾持機構(gòu)下方。
[0029]所述氣動馬達2為活塞式氣動馬達。
[0030]所述法蘭13徑深大于所述爐壁厚度。
[0031]所述法蘭13上方還設(shè)有觀察窗。
[0032]所述電機4為步進電機。
[0033]單晶17生長失敗后，使用切割片I對晶體的細頸進行切割截斷，并將截斷的錐頭進行收集，將原有的“拆爐——錐頭取出——裝爐——拉晶”的流程簡化為“切割錐頭——重新拉晶”，取消了拆爐、裝爐的過程，實現(xiàn)不拆爐、重新拉晶。切割工作過程為:
[0034](I)當擴肩中發(fā)生斷棱、斷包時，將下軸14快速下降至相應(yīng)位置；
[0035](2)打開氣動馬達2閥門，使切割片I旋轉(zhuǎn)(輸出轉(zhuǎn)速在2000 - 2500rpm)；
[0036](3)按動步進電機4伸出按鈕，下爐室法蘭13處安裝的步進電機4帶動機械臂3和氣動馬達2前后移動，使機械臂3移出至細頸處，氣動馬達2帶動切割片I旋轉(zhuǎn)，對細頸進行切割，完成切斷錐頭過程；
[0037](4)按動步進電機4退回按鈕，使機械臂3退回；
[0038](5)由于夾持機構(gòu)的可恢復性，將下軸14快速上升至相應(yīng)位置繼續(xù)拉晶。
[0039]在對錐頭進行切割后，需要對錐頭做相應(yīng)的收集。本發(fā)明創(chuàng)造在區(qū)熔爐下熔爐相應(yīng)位置安裝了兩塊互相拼接的半圓環(huán)狀板15，作為對切割后錐頭的收集，以防止其掉落影響下軸14的傳動，也達到了一種保護作用。在拉晶結(jié)束后將環(huán)形盤取出，可以收集里面被切割的錐頭，并被二次利用。
[0040]本發(fā)明創(chuàng)造的另一方面，是對夾持機構(gòu)進行了有效改進。舊型夾持器，支撐片支架8連接在夾持器托盤9上，夾持器托盤9與下軸14相連，并隨其同步運動，支撐片10的一端與導向桿7頭部底面卡接，支撐片10中部使用螺桿16將支撐片10穿透安裝在支撐片支架8上，使其能夠繞支撐片支架8轉(zhuǎn)動，支撐片10后端連接鋼絲12，鋼絲12的另一端連接在位于內(nèi)部腔體底部且與下軸14同步轉(zhuǎn)動的托盤上。當下軸14上升至上限位時，鋼絲12繃緊，使支撐片10與導向桿7卡接的一端上揚，同時支撐片10帶動導向桿7在穿透夾持器主體5上端的環(huán)狀突起的狀態(tài)下也上揚，直到支撐片10頂緊環(huán)狀突起的底面，導向桿7頭部位于穿透孔內(nèi)，尾部處于相對于環(huán)狀突起的最上限位置狀態(tài)，此時支撐片10的端部頂緊導向桿7頭部底面。當需要釋放夾持器時，下軸14開始向下運動，使鋼絲12從繃緊狀態(tài)逐漸松弛，支撐片10以支撐螺桿16為軸慢速向下滑動，使支撐片10與導向桿7卡接的一端下垂，由于支撐片10下垂前，只通過其端部頂緊導向桿7頭部底面，因此隨著支撐片10下垂一段距離后，支撐片10的端部會從導向桿7頭部底面抽出，進而造成導向桿7失去支撐力而自由下滑，直至夾持片6落在夾持器主體5上端側(cè)面的環(huán)狀突起上，在夾持器主體5上端側(cè)面的環(huán)狀突起的支撐作用下，導向桿7停止下滑，此時為導向桿7相對于環(huán)狀突起的最下限位置狀態(tài)，此時夾持片6夾住單晶。由于支撐片10已經(jīng)脫離導向桿7的頭部底面，無法恢復對導向桿7的支撐作用，即對導向桿7的上行狀態(tài)無法自動恢復。
[0041]本發(fā)明創(chuàng)造在支撐片10 —端設(shè)置凸起，凸起伸入導向桿7頭部下端，用于支撐導向桿7。導向桿7的頭部側(cè)壁設(shè)有凹槽,片狀導向塊11位于支撐片10設(shè)有凸起的一端,導向塊11與凹槽相配合，且導向塊11可在凹槽內(nèi)滑動。導向塊11不僅可以防止導向桿7在下滑過程中由于左右搖晃而造成地夾持單晶17不穩(wěn)的問題。除此之外，由于加入導向塊11，需要釋放夾持器時，下軸14開始向下運動，使鋼絲12從繃緊狀態(tài)逐漸松弛，支撐片10以支撐螺桿16為軸慢速轉(zhuǎn)動，使支撐片10與導向桿7卡接的一端下垂，由于支撐片10下垂前，只通過其端部設(shè)置的凸起頂緊導向桿7頭部底面，因此隨著支撐片10下垂一段距離后，會出現(xiàn)凸起滑出導向桿7頭部底面，進而使導向桿7失去支撐作用，而自由下滑。但是由于導向塊11的設(shè)計使用，導向塊11卡在導向桿7頭部側(cè)壁的凹槽內(nèi)，因此在導向塊11的卡接作用下，使支撐片10 —直沒有脫離導向桿7，因此導向桿7 —直會受到支撐力，進而避免了導向桿7由于失去支撐作用而自由下滑，直至最底端。因此片狀導向塊11的設(shè)計使用，能夠使導向桿7滿行程升降且能保證夾持片6的位置在升降期間不會滑落且夾持角度不會發(fā)生改變。需要恢復位置時將下軸14上升即可。之所以要保證夾持片6的位置不變，是因為夾持片6臨近單晶17的方向設(shè)有內(nèi)凹弧形缺口，而缺口的角度(位置)是需要保證與單晶17中心相對的。如果沒有本發(fā)明創(chuàng)造改造后添加的導向塊11，很容易使夾持片6的角度(位置)在重新升起時發(fā)生改變。支撐片10能通過端部設(shè)置的導向塊11伸入夾持器主體5上端的環(huán)狀突起孔內(nèi)，保證上下移動全行程均可恢復的狀態(tài)；同時，支撐片10與導向桿7之間有片狀導向塊11，能夠保證夾持片6的角度在升降時固定不變。
[0042]法蘭13安裝在區(qū)熔爐下爐室爐壁上，本發(fā)明創(chuàng)造將法蘭13孔做大做長并超出爐體，目的是為了將切割裝置藏在爐壁內(nèi)，并在相應(yīng)位置安裝觀察窗，這樣可以有效地避免熱輻射對裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。
[0043]以上對本發(fā)明創(chuàng)造的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明創(chuàng)造范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:包括區(qū)熔爐本體、切割裝置和夾持機構(gòu)，所述區(qū)熔爐本體包括爐壁和內(nèi)部腔體，所述切割裝置和夾持機構(gòu)均位于所述內(nèi)部腔體中， 所述切割裝置包括切割片(I)、氣動馬達(2)、機械臂(3)和電機(4)，所述氣動馬達(2)與所述切割片(I)連接，帶動切割片(I)旋轉(zhuǎn)，所述氣動馬達(2)與機械臂(3)的一端連接，所述電機(4)與所述機械臂(3)的另一端連接，帶動所述機械臂(3)沿電機(4)軸向前后移動，所述電機(4)位于爐壁上，所述夾持機構(gòu)包括夾持器主體(5)、夾持器托盤(9)、夾持片(6)、導向桿(7)、支撐片支架(8)、支撐片(10)和導向塊(11)，所述夾持片(6)、導向桿(7)、支撐片支架(8)、支撐片(10)和導向塊(11)為若干個， 所述夾持器托盤(9)的頂面設(shè)有所述夾持器主體(5)和若干支撐片支架(8)，所述若干支撐片支架(8)位于所述夾持器主體(5)外圍，所述夾持器主體(5)上端側(cè)面設(shè)有一圈環(huán)狀突起，所述環(huán)狀突起上設(shè)有若干穿透孔，所述支撐片(10)的一端穿透所述支撐片支架(8)的頂端，且所述支撐片(10)與所述支撐片支架(8)的頂端活動連接，所述支撐片(10)的另一端設(shè)有凸起，所述凸起伸入所述導向桿(7)的頭部下端，支撐所述導向桿(7)，所述導向桿⑵的頭部側(cè)壁設(shè)有凹槽，所述導向塊(11)與所述支撐片(10)設(shè)有凸起的一端相連，所述導向塊(11)與所述凹槽配合，且所述導向塊(11)可在所述凹槽內(nèi)滑動，所述導向桿(7)的尾部從下向上穿透所述環(huán)狀突起上的穿透孔，并與所述夾持片(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:所述爐壁上還設(shè)有法蘭(13)，所述內(nèi)部腔體中設(shè)有下軸(14)，所述電機(4)與所述法蘭(13)連接，所述夾持器托盤(9)的底面與所述下軸(14)相連，并隨其同步運動，所述支撐片(10)穿透所述支撐片支架(8)的一端與鋼絲(12)的一端相連，所述鋼絲(12)的另一端連接至位于所述內(nèi)部腔體底部且與所述下軸(14)同步轉(zhuǎn)動的托盤上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:還包括兩塊半圓形狀板(15)，所述半圓形狀板(15)拼接組成環(huán)形盤，將下軸(14)和鋼絲(12)圈在中間，所述環(huán)形盤位于所述內(nèi)部腔體中，且位于所述夾持機構(gòu)下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:所述氣動馬達(2)為活塞式氣動馬達。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:所述法蘭(13)徑深大于所述爐壁厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:所述法蘭(13)上方還設(shè)有觀察窗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于區(qū)熔爐的晶體切割裝置，其特征在于:所述電機(4)為步進電機。
【文檔編號】C30B13/00GK104178804SQ201410381805
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】馮嘯桐, 劉嘉, 劉錚, 趙宏波, 王遵義, 孫昊 申請人:天津市環(huán)歐半導體材料技術(shù)有限公司